Solun kemia BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Solun kemiallinen peruskoostumus eläinsolu paino-% Vesi 75-90 proteiinit 10-20 Lipidit 2 Hiilihydraatit 1 RNA/DNA 0,7/0,4 Epäorg. 1,5 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Solun kemiallinen peruskoostumus bakteerisolu paino-% molekyylilajeja vesi 70 1 epäorg. ionit 20 sokerit yms. 3 200 aminohapot ym. 0,4 100 nukleotidit 2 50 muut pienet molekyylit makromolekyylit (prot., nukl.hapot, hh:t) 22 5000 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Vesi 1 yleisliuotin solussa osallistuu myös reaktioihin (hydrolyysi jne.) aineenvaihdunnan tuote (metabolinen vesi) esim. 1 g rasvaa + O2  1,1 g H2O pH on vetyionikonsentraa-tion negatiivinen logaritmi: pH= -log[H+] veden ionitulo [H+]·[OH-]= 10-14 puhtaassa vedessä [H+] = [OH-] = 10-7 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Vesi 2 makromolekyylien ympärillä kidemäinen vesivaippa epäorgaaniset ionit hydratoituneet lämmönsidonta tehokasta dipoliluonne vetysillat vetysidoksen energia on n. 1/20 kovalenttisen sidoksen energiasta BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Vesi 3 Elektropositiivinen alue Oxygen is more electronegative than hydrogen Elektropositiivinen alue Varausten epätasainen jaukautuminen vesimolekyylissä. Happi- ja vetyatomin välillä kovalenttinen sidos. Elektroneja on enemmän happen ympärillä BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Vesi 4 Vetysilta (0.2 nm) Hydrogen bonds Vetysidokset kahden vierekkäisen vesimolekyylin välillä. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Vesi 5 Kun suola (NaCl) liukenee veteen, vesi asettuu ionien ympärille Happi vetää puoleensa positiivisia ioneja (Na+) ja vety negatiivisia (Cl-) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Vesi 6 Water Nonpolar molecules Hydrofobiset vuorovaikutukset. Nonpolaarinen molekyyli ei voi muodostaa vetysidosta veden kanssa. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Jää Water molecule Hydrogen bonds Jäässä vesimolekyylit muodostavat vetysidoksia neljän muun vesimolekyylin kanssa. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

1 Å = 10-10m = 0.1 nm =100 pm BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 2-12 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 2-15 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 2-15a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Ionisidos 1 Step1: Sodium gives up its one weakly held electron to chlorine Sodium atom Chlorine atom BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Ionisidos 2 Step2: The sodium and chloride ions both have stable outer shells that are filled with electrons + - Sodium ion (Na+) Chloride ion (Cl-) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Ionisidos 3 Step3: The Na+ and Cl- ions are attracted to each other because of their opposite charges BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Kiteinen rakenne Chloride ions (Cl-) Sodium ions (Na+) Kiteisen suolan elektrostaattiset voimat pitävät ioneja yhdessä. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Solun tärkeimmät alkuaineet Muistisääntö: C HOPKN’S CaFe, Mg + Na Cl (”see Hopkin’s Cafe, mightly good”) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Epäorgaaniset ionit määrä erilainen solun sisällä (intrasellulaarineste) ja ulkopuolella (ekstrasellulaari-neste) yleiset: Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, PO33-, HCO3-, SO42-, Fe2+ kofaktoreina: Ca2+, Mn2+, Zn2+, Mo2+, Co2+, Se2+ ns. hivenaineet Na+, K+, Ca2+ ja Mg2+ tärkeitä solun ärtyvyydelle BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Epäorgaanisten ionien esiintyminen solun sisällä ja soluvälitilassa mmol/l intrasell. ekstrasell. Na+ 10 142 K+ 141 5 Ca2+ <0,5 2,5 Mg2+ 29 1,5 Cl- 4 103 HCO3- 28 fosfaatit 33 1,3 sulfaatit 2 1 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Hydroksyyli Hydroxyl group C OH BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Karbonyyli Carbonyl group C O BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Karboksyyli Carboxyl group O C OH BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aminoryhmä Amino group H N H BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Orgaaniset pienmolekyylit karkeasti 4 perusryhmää 1. sokerit 2. rasvahapot + muut lipidit 3. aminohapot 4. nukleotidit BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Sokerit 1 useita kymmeniä 5C  pentoosit 6C  heksoosit runsaasti isomeerejä stereoisomeria (OH-ryhmät) peilikuvaisomeria BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Sokerit 2 monosakkaridi: 1 sokeri disakkaridi: 2 sokeria esim. sakkaroosi = glukoosi + fruktoosi muita disakkaridejä mm. laktoosi, mannoosi johdannaisia mm. C-vitamiini (askorbiinihapon pelkistynyt muoto) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Glukoosi -D-glukoosi (heksoosi, aldoosi) Glucose BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Riboosi Ribose BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Sokereja (3D-kuvina) Riboosi Glukoosi BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Deoksiriboosi Deoxyribose BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Maltoosi Glucose Glucose Condensation synthesis of maltose BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Maltoosi 2 1-4 glycosidic linkage Maltose BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Disakkaridi Sakkaroosi (glukoosi + fruktoosi) 1-2 glycosidic linkage BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 2-19 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 2-20 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

Rasvahapot sis. pitkän rasvaliukoisen (hydrofobisen) hiilivetyketjun ja vesiliukoisen (hydrofiilisen) karboksyylipään  polaarisia esim. C18 steariinihappo C18:1 oleiinihappo (sis. yhden kaksoissidoksen) rasvahapot + glyseroli (alkoholi)  esteri; neutraalirasvat eli triglyseridit (varastorasva) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Rasvat fosfolipidit: glyseroli + 2 rasvahappoa + fosfaatti/alkoholi (esim. koliini) - erittäin voimakkaasti polaarisia molekyylejä - solumembraanissa vedessä: - triglyseridit muodostavat misellin (pisara) ø 1-200 nm - fosfolipidit muodostavat kaksoiskalvon muita lipidejä: kolesteroli, glykolipidit (sis. sokeriosan) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Miselli Triglyseridit muodostavat vedessä misellin: Rasvapäät (hydrofobiset) sisällä ja hydrofiilisit ulospäin. Vesimolekyyli Vesivaippa BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Steariinihappo (C18) Hydrophopic region Hydrophilic region Stearic acid (saturated) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Steariinihappo pakattuna Packing of stearic acid BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Oleiinihappo C18:1 yksi kaksois-sidos Oleic acid (unsaturated) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Oleiinihappo pakattuna Packing of oleic acid and stearic acid BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aminohapot 1 BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aminohapot 2 solussa aina: +H3N-CH-COOH +H3N-CH-COO- H2N-CH-COO- R R R pH: hapan emäksinen Kahtaistaittava eli Zwitter-ioni BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aminohapot 3 4. non-polaarinen, hydrofobinen Sivuketju R voi olla: 1. varaukseton H2N-CH-COOH glysiini H 2. hapan -CH2-COO- aspartaatti 3. emäksinen -CH2-CH2-CH2-CH2-NH3+ lysiini 4. non-polaarinen, hydrofobinen CH3 -C-H valiini -CH2-SH rikkisillat BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Nonpolaariset aminohapot (hydrofobisia) GLYCINE (Gly) ALANINE (Ala) VALINE (Val) ISOLEUCINE (Ile) LEUCINE(Leu) PROLINE (Pro) PHENYLALANINE (Phe) METHIONINE (Met) TRYPTOPHAN (Trp) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Polaariset aminohapot (hydrofiilisia) THREONINE (Thr) CYSTEINE (Cys) ASPARAGINE (Asn) GLUTAMINE (Gln) SERINE (Ser) TYROSINE (Tyr) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Polaarisia, varautuneita aminohappoja (hydrofiilisia) ACIDIC BASIC ASPARTIC ACID (Asp) HISTIDINE (His) GLUTAMIC ACID (Glu) LYSINE (Lys) ARGININE (Arg) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Aminohapot 4 aminohapoista dipeptidit, oligopeptidit, polypeptidit (proteiinit) peptidisidos BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Peptidisidos H H O H H O N - C - C - N - C - C H R R OH Aminoterminaali Karboksyyliterminaali Dipeptidi, tripeptidi jne. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 2-24 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010 Figure 2-27 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Peptidisidoksen muodostuminen BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Peptidi Poly- peptide backbone Side chains Peptide bond Amino end (N-terminus) BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Nukleosidit emäs nukleosidi lyhenne adeniini adenosiini A guaniini guanosiini G tymiini tymidiini T sytosiini sytidiini C urasiili uridiini U BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Nukleotidit 1 P P emäs + sokeri nukleosidi emäs + sokeri + fosfaatti  nukleotidi puriiniemäkset: adeniini ja guaniini pyrimidiiniemäkset: tymiini, sytosiini ja urasiili esim. A +  AMP = adenosiini-monofosfaatti P P BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010

Nukleotidit 2 mononukleotidit  DNA, RNA sokeriosa: pentoosi riboosi  RNA deoksiriboosi  DNA muita tehtäviä ATP: energian siirtäjä syklinen AMP (cAMP): solun sis. välittäjäaine GDP: vaikuttaa reseptoreihin ym. BIOLOGIAN LAITOS, SEPPO SAARELA, 2010